【摘 要】
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现如今,随着5G和物联网时代的到来,越来越多的高科技电子产品走进了人们的世界,由此而带来的是便捷、舒适和互联互通的生活。然而,高科技电子产品所对应的电子元器件在使用过程中出现了越来越多的问题,例如读取速度慢、寿命短以及功耗较高等。如何更好地解决这些问题对于未来的信息存储和低功耗逻辑器件的发展是至关重要的。伴随着以拓扑磁性材料研究为基础的自旋电子学的快速发展,磁性超薄膜材料中磁畴/磁畴壁动力学的调控
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（11574121）2016-2019,已结题。 国家自然科学基金项目（51771086）2018-2021,在研,主要参与人。；
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现如今,随着5G和物联网时代的到来,越来越多的高科技电子产品走进了人们的世界,由此而带来的是便捷、舒适和互联互通的生活。然而,高科技电子产品所对应的电子元器件在使用过程中出现了越来越多的问题,例如读取速度慢、寿命短以及功耗较高等。如何更好地解决这些问题对于未来的信息存储和低功耗逻辑器件的发展是至关重要的。伴随着以拓扑磁性材料研究为基础的自旋电子学的快速发展,磁性超薄膜材料中磁畴/磁畴壁动力学的调控成为了科学研究的焦点,特别是探究新的调控方式对于磁畴壁动力学的基础研究及在未来低功耗器件中的应用来说是非常重要的。斯格明子由于尺寸小、驱动电流密度低和稳定性好等优点,其有望作为未来高密度和低能耗器件的重要载体。然而,斯格明子在器件实用化的过程中依然面临着很多问题,例如室温下能稳定斯格明子的材料比较少、斯格明子的稳定依赖于外场的存在等。因此,如何实现室温零场下稳定存在的斯格明子现在依旧是研究的热点。围绕着上述问题,本论文以垂直各向异性对钯基铁磁性薄膜中畴壁动力学和斯格明子的调控为研究主题,通过磁控溅射的方法制备了[Co/Pd]n/Py磁性超薄膜体系、Pd/Co/Ru磁性异质结以及Pd/Co/Pd多层膜材料体系,利用铁磁共振、磁畴观测和微磁学模拟等多种手段来探究其中的变化规律。主要的研究内容如下:1.研究了对[Co/Pd]n/Py磁性超薄膜体系高频特性的调控。通过铁磁共振的研究得到了在室温和低温下Co/Pd的周期数对[Co/Pd]n/Py磁性薄膜的高频特性调控的变化规律。结果表明,当温度从300 K降低到50 K时,铁磁共振的共振场Hr会减小,铁磁共振的共振线宽（35）H会增大。利用一阶反转曲线（FORC）研究了[Co/Pd]6/Py磁性薄膜中的自旋重取向转变过程,并且通过2D和3D FORC相图得到了自旋重取向转变过程中磁畴相的变化规律。从结果中可以看到,在自旋重取向过程中磁畴相从垂直相变为多畴相。通过低温下的铁磁共振得到了[Co/Pd]6/Py磁性薄膜在自旋重取向转变过程中高频特性的变化规律。利用磁力显微镜的观测并研究了垂直加场和倾斜磁化后[Co/Pd]4/Py磁性薄膜中剩磁态下磁泡演变过程的变化规律。通过微磁学模拟的方法研究了磁泡的演变过程及其变化规律。利用铁磁共振的方法研究了[Co/Pd]4/Py磁性薄膜中亚稳态磁泡和磁化饱和态的高频特性,并且得到了这两种状态下高频响应的变化规律。研究结果表明,亚稳态磁泡所对应磁谱的共振峰比磁化饱和态所对应磁谱的共振峰要宽。2.在[Co/Pd]2/Py3nm磁性超薄膜体系和Pd/Co/Ru磁性异质结中,研究了表面声波辅助磁畴壁运动的变化规律。通过激光直写、离子束刻蚀和磁控溅射的方法得到了表面声波器件,并在该器件上制备了[Co/Pd]2/Pd（t nm）/Py磁性多层膜和Pd/Co/Ru磁性异质结。利用极向磁光克尔显微镜观测了上述样品中的磁畴结构。通过不同厚度的非磁性金属Pd的插入来研究[Co/Pd]2/Pd（t nm）/Py磁性超薄膜体系中垂直各向异性（PMA）改变过程中由脉冲磁场和表面声波驱动磁畴壁运动的变化规律。通过磁光克尔显微镜的方法测试了Pd/Co/Ru磁性异质结中的DMI,并且研究了Pd/Co/Ru磁性异质结中由脉冲磁场和表面声波驱动的磁畴壁运动变化规律。研究结果表明,可以通过改变垂直各向异性和界面的DMI来调控表面声波辅助磁畴壁运动的速度大小。3.在斯格明子的调控研究中,通过在[Pd/Co/Pd]n多层膜中调整Co层、Pd层的厚度和周期数来调节Keff和DMI界面,并研究了室温零场下斯格明子和高密度斯格明子的演变过程。通过振动样品磁强计（VSM）表征了[Pd/Co/Pd]n多层膜的静态磁性。在结构对称方面,利用磁力显微镜的观测研究并得到了[Pd（3）/Co（0.4）/Pd（3）]n多层膜中室温零场下斯格明子的变化规律以及[Pd（3）/Co（0.6、0.8、1.0）/Pd（3）]n多层膜中剩磁态下磁畴的演变过程。通过微磁学模拟的方法研究了这种零场斯格明子的演变过程及其变化规律。在结构不对称方面,利用洛伦兹透射电镜研究了[Pd/Co/Pd]n多层膜中斯格明子随外加磁场的演变过程及其变化规律。通过一阶反转曲线相图来研究并帮助理解[Pd/Co/Pd]n多层膜样品中斯格明子的演变过程。
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